Projeto 2: Efeitos estruturais em biofilmes de bactérias com diferentes comprimentos

Mykola Tasinkevych e Cristóvão Dias

O movimento de um bactéria (partícula ativa) é usualmente descrito por uma velocidade preferencial (atividade) e um movimento de rotação ("run-and-tumble motion"). Quando a densidade de um conjunto dessas partículas ou a sua atividade aumentam acima de um certo valor, estas formam fases de não equilíbrio. Perto de uma parede ou um substrato isso leva a formação de um biofilme. Se a forma dessas bactérias for esférica, a orientação no interior do filme será aleatória, no entanto, aumentando o comprimento das mesmas serão de esperar fases orientadas junto a parede (provocadas somente pela geometria das partículas).

Neste projeto, serão realizadas simulações de dinâmica molecular de partículas ativas alongadas, junto a uma parede, em que a influência do comprimento da partícula na estrutura do filme será estudado.

Projeto 3: Previsões experimentais de teorias de física de partículas

Pedro Ferreira e Cristóvão Dias

O Modelo Padrão da física de partículas é uma teoria muitíssimo bem sucedida, mas deixa muito por explicar, como por exemplo a natureza da Matéria Escura, a razão pela qual o universo tem mais matéria do que anti-matéria, ou a hierarquia das massas das partículas elementares. Teorias mais gerais que o Modelo Padrão podem oferecer respostas a algumas dessas perguntas, mas antes de mais deve verificar-se que as suas previsões estão de acordo com os dados já conhecidos. Para isso é preciso ajustar as previsões do modelo - para observáveis como a massa dos quarks; as magnitudes da matriz de mistura CKM; as propriedades do bosão de Higgs já medidas no LHC - aos resultados experimentais existentes. Se os parâmetros dos quais a teoria depende não conseguirem ser ajustados para estarem de acordo com todas as medições existentes, a teoria deve ser descartada. Este processo permite assim seleccionar, das muitas propostas de Física para lá do Modelo Padrão, quais as teorias aceitáveis.

Este projeto apresenta um desafio numérico importante pois a otimização das funções previstas pelos modelos teóricos é uma processo computacionalmente intensivo. Numa primeira fase deste projeto será necessário implementar algumas das técnicas standards usadas no CFTC para uma linguagem (Python, C++, etc) passível de ser aplicada em computadores de alta performance (HPC). Numa segunda fase, serão implementadas técnicas mais avançadas de procura de mínimos globais tais como algoritmos genéticos.

Projeto 4: Modelação multi-escala do escoamento em meios porosos

Rodrigo Coelho e André Matias

Problemas envolvendo dinâmica de fluídos em meios porosos surgem em muitos setores industriais e da física. Por exemplo, para extrair petróleo de rochas reservatório ou para projetar uma máquina de café precisamos saber a resistência que estes meios porosos (rocha ou café) oferecem à passagem de um determinado fluido. Muitos desses meios porosos exibem uma estrutura hierárquica, com porosidade a diferentes escalas. Neste projeto, usaremos o método lattice-Boltzmann para simular o escoamento de um fluido nesses sistemas.

Projeto 5: Escoamento turbulento através de objetos sólidos

Rodrigo Coelho e Danilo Silva

Escoamentos turbulentos surgem em diversos fenômenos do nosso cotidiano: fumo de um cigarro, água no liquidificador, ar ao redor de um carro em movimento. Ela é caracterizada por um comportamento caótico dos campos de pressão e velocidade. Mesmo sendo um fenómeno pouco compreendido do ponto de vista fundamental, a turbulência pode ser modelada computacionalmente produzindo resultados compatíveis com experimentos. Neste projeto, usaremos o método de lattice Boltzmann acoplado a modelos de turbulência para simular o escoamento turbulento de fluidos na presença de obstáculos sólidos.

Projeto 6: Kirigami, a arte de formar estruturas que se dobram sozinhas

Nuno Araújo e Cristóvão Dias

Inspiradas na arte japonesa do Kirigami, várias técnicas experimentais têm sido proposta para obter estruturas poliédricas a partir da dobra de estruturas planas. Diferente da técnica tradicional japonesa, o objetivo é que estas estruturas se formem espontaneamente através do movimento aleatório das diferentes faces do poliedro. Neste projeto, vamos estudar como se formam estas estruturas.

Projeto 7: Conflito de gerações

Nuno Araújo e André Nunes

A velocidade a que caminha uma pessoa idosa é cerca de 10% mais lenta do que a de um jovem adulto. Mesmo em ambientes de grande densidade populacional, a diferença de velocidade é significativa. Neste projeto pretende-se estudar como esta diferença afeta a dinâmica coletiva de peões de diferentes idades em passeios e corredores com várias pessoas. Em particular, pretende-se caracterizar como é que o fluxo total de pessoas é afetado pela diferença de velocidades e populações relativas.

Projeto 8: Apanha-me se puderes

Nuno Araújo e André Nunes

O filme “Spectre” do James Bond começa com uma perseguição no meio de um desfile do dias dos mortos na Cidade do México. Qual a melhor estratégia para perseguir e apanhar alguém num ambiente lotado de pessoas que se movem numa determinada direção? Neste projeto pretende-se usar o Modelo de Forças Sociais desenvolvido para pedestres para explorar diferentes estratégias e caracterizar como a eficiência destas depende da densidade de pessoas e velocidade a que se movem.

Projeto 9: Criação de extensões escalares para além do Modelo Padrão

Rui Santos

A formulação de extensões escalares para além do modelo padrão é necessária para dar conta dos resultados experimentais como a existência de matéria escura e o facto de vermos mais partículas do que anti-partículas no universo. Este projecto destina-se à formulação teórica de novos modelos e de uso de códigos para derivação de regras de Feynman para Lagrangianos arbitrários, cálculos de secções eficazes e/ou densidades de relíquia de forma a tentar encontrar modelos viáveis.

Projeto 10: Fenomenologia de extensões escalares

Rui Santos

Um dos problemas das várias extensões escalares é a sensibilidade das experiências actuais para os discernir. Para esse fim, é necessário utilizar técnicas avançadas de análise de dados e de simulação de eventos para uma correcta previsão em experiências de física de partículas, como o Large Hadron Collider no CERN e outros aceleradores de partículas que estão correntemente a ser planeados. Este projecto consiste em aprender as ferramentas de geração de eventos, de hadronização e simulação de detectores e a posterior análise de eventos com o intuito de maximizar a sensibilidade de uma dada experiência.

Projeto 11: Por um punhado de bolhas

Paulo Teixeira

A energia de uma espuma líquida, composta por bolhas de ar separadas por películas de sabão, é aproximadamente proporcional à área total dessas películas líquidas. Por esta razão, a espuma é um sistema experimental que resolve problemas geométricos complexos de minimização da área total de estruturas a volume constante. Neste projecto pretende-se usar o software Surface Evolver (http://facstaff.susqu.edu/brakke/evolver/evolver.html) para determinar as geometria e topologia de equilíbrio de espumas bidimensionais contendo números iguais de bolhas de dois tamanhos diferentes.

Requisito mínimo: a frequentar o terceiro ano de licenciatura em física.